文章发表于2025-11-26 09:35:20，归属【科技前沿】分类，已有6人阅读
目前，关于宇宙起源的最具说服力的理论聚焦于 “大爆炸”这一事件。该理论的诞生源于一项观测结果：其他星系正从各个方向以极高速度远离我们的银河系，仿佛它们都曾被一股爆炸力推动。
20 世纪 20 年代，比利时神父乔治・勒梅特（Georges Lemaître）首次提出大爆炸理论。他认为，宇宙起源于一个 “原始原子”。后来，两项关键发现证实了这一观点：一是埃德温・哈勃（Edwin Hubble）观测到星系正从各个方向高速远离地球；二是 1960 年代，阿诺・彭齐亚斯（Arno Penzias）与罗伯特・威尔逊（Robert Wilson）发现了 “宇宙微波辐射”—— 这一辐射被解读为大爆炸的 “余波”。
后续研究进一步厘清了大爆炸的演化节奏，其核心理论可概括如下：在宇宙存在的最初 10⁻⁴³ 秒（这一时间尺度被称为 “普朗克时间”），它极度致密，体积甚至小于单个原子的一百万亿分之一。理论认为，在这种密度与能量都难以想象的状态下，宇宙中的四种基本力 —— 引力、电磁力、强核力与弱核力—— 曾统一为一种 “单一力”。然而，目前的理论尚未能解释这种 “统一力” 的运作机制：要破解这一难题，我们需要了解引力在亚原子尺度上的作用方式，但这一点至今仍未明确。
同时，宇宙诞生初期的极端致密环境，使得宇宙中最早的粒子得以充分混合、相互作用，并最终达到大致相同的温度。随后，在一个难以想象的极短瞬间内，所有的物质与能量几乎均匀地向外膨胀，而量子尺度上的微小波动则为这种膨胀带来了细微差异。这种高速膨胀的模型被称为 “暴胀”，它或许能解释为何宇宙拥有如此均匀的温度与物质分布。
暴胀结束后，宇宙继续膨胀，但速度大幅放缓。目前，科学家仍未完全明确驱动这一现象的具体能量来源。
随着时间推移，物质逐渐冷却，更多种类的粒子开始形成，并最终凝聚成我们如今所见的恒星与星系。当宇宙年龄达到十亿分之一秒时，温度已冷却到足以让四种基本力彼此分离；与此同时，宇宙的基本粒子也随之形成。不过，当时的温度仍极高，这些基本粒子尚未组装成我们如今熟知的亚原子粒子（如质子）。
随着宇宙持续膨胀，夸克 - 胶子等离子体不断冷却。如今，一些粒子对撞机（如欧洲核子研究组织 CERN 的大型强子对撞机 LHC）已具备足够强大的能量，能够重现这种夸克 - 胶子等离子体。
早期宇宙中的辐射强度极高，以至于碰撞的光子能够转化为 “物质 - 反物质粒子对”。反物质与普通物质的所有属性都相同，唯一区别是电荷相反。理论认为，早期宇宙中物质与反物质的数量是相等的。但随着宇宙冷却，光子的能量不再足以产生物质 - 反物质对。于是，大量物质粒子与反物质粒子相互配对、湮灭。
然而，不知为何，一部分多余的物质得以留存 —— 正是这些物质构成了如今的人类、行星与星系。我们的存在本身就明确表明：自然法则对物质与反物质的作用存在细微差异。科学家已通过实验观测到这种被称为 “CP 破缺”（即电荷 - 宇称对称性破缺）的规则失衡现象，但物理学家仍在探索早期宇宙中物质 “胜出” 的具体机制。
中微子及其反物质对应体反中微子，或许能为解开这一谜题提供线索。目前，两项大型实验 ——DUNE（深层地下中微子实验）与 Hyper-Kamiokande（超级神冈探测器升级项目）—— 正利用这种不带电、质量近乎为零的粒子，试图揭开这一奥秘。
在宇宙诞生后的第一秒内，温度已冷却到足以让剩余的物质凝聚成质子与中子 —— 这两种我们熟知的粒子是原子核的组成部分。而在宇宙诞生后的前三分钟，质子与中子进一步组装成氢原子核与氦原子核。按质量计算，早期宇宙中氢占 75%，氦占 25%。氦的丰度是大爆炸理论的关键预测之一，且已被科学观测证实。
尽管此时原子核已经形成，但宇宙温度仍过高，电子无法稳定地围绕原子核运动以形成中性原子。因此，宇宙中的物质仍处于一种带电的 “雾状” 状态 —— 这种状态密度极高，光线难以穿透。直到宇宙诞生约 38 万年后，温度才冷却到足以形成中性原子，这一关键时刻被称为 “复合时期”。冷却后的宇宙首次变得透明，此前在宇宙中不断碰撞的光子终于得以自由传播。
如今，我们仍能观测到这种原始 “余晖”—— 即遍布宇宙的 “宇宙微波背景辐射”。这种辐射与电视天线接收的信号辐射性质相似，但它是已知最古老的辐射，或许蕴含着宇宙诞生初期的诸多秘密。
大爆炸发生约 1.8 亿年后，宇宙中才出现第一颗恒星。引力需要如此长的时间才能聚集氢云，并将其压缩形成恒星。许多物理学家认为，大量的 “暗物质”—— 一种至今未被完全了解、质量是可见物质 5 倍以上的神秘物质 —— 为第一批星系与恒星的形成提供了引力。
当宇宙中的第一颗恒星开始 “燃烧” 时，它们释放的光能量足以再次将中性原子中的电子剥离，这一过程被称为再电离，是宇宙演化的关键阶段。科学家一直试图观测这一时期，但观测结果并不一致：2018 年，一个澳大利亚研究团队宣布探测到了大爆炸后约 1.8 亿年第一颗恒星形成的迹象，但其他团队未能重现这一结果。
大爆炸发生约 3 亿年后，第一批星系诞生。在随后的数十亿年里，恒星、星系及星系团不断形成、重组，最终形成了我们的家园 —— 银河系，以及我们的太阳系。
即便在今天，宇宙仍在持续膨胀。令天文学家惊讶的是，宇宙膨胀的速度正在加快。尽管对膨胀速率的估算存在差异，但詹姆斯・韦伯太空望远镜获取的数据进一步证实：宇宙膨胀速度远快于理论预测。
目前，科学家认为这种加速膨胀是由一种 “排斥引力” 的力量 ——暗能量驱动的。我们尚不清楚暗能量的本质，但据推测，它占宇宙总物质与能量的 68%；暗物质占比约 27%。换句话说，你曾经见过的所有物质在宇宙总物质与能量中的占比还不到 5%。